Teilprojekt 4 – Online-Regelung des Aerosol-Jet-Druckprozesses durch Integration der Laser-Transmissions-Analyse

Teilprojekt 4 – Online-Regelung des Aerosol-Jet-Druckprozesses durch Integration der Laser-Transmissions-Analyse

Das übergeordnete Ziel des Forschungsprogramms im beantragten Teilprojekts 4 (TP 4) in der Forschungsgruppe 3D-HF-MID ist der Aufbau eines effizienten Inline-Messystems auf der Basis
von Laser-Transmissionsmessungen, um den Aerosol-Jet-Druck (AJP) von einem gesteuerten Prozess hin zu einem stabilisierten und geregelten Verfahren für die Herstellung von 3D-HF-MID
Systemen zu überführen. Auf der Basis der in Kapitel 1 beschriebenen Vorarbeiten und ausgehend von den skizzierten Herausforderungen lassen sich zum Erreichen des Ziels folgende zentrale Forschungsfragen ableiten, die mit dem nachfolgend detailliert dargestellten Arbeitsprogramm beantwortet werden können. Die Forschungsfragen sind dabei in die drei Bereiche Anlagentopologie, Messsignalcharakterisierung und Regelung gegliedert.
Anlagentopologie: Ist der Strahlaustrittspunkt unterhalb der Druckdüse in einem Aerosol-Jet-Drucker der optimale Messpunkt, um das Aerosol und den Prozess mittels integrierter Laser-Transmission zu überwachen? Oder ergeben sich sinnvoll nutzbare (Zusatz-) Informationen zur besseren Erfassung des Prozessverhaltens hinsichtlich des Masse-Outputs, wenn die Aerosolströme in der Anlage vor und nach einer Virtual Impactor Einheit mittels Laser-Transmission vermessen werden?
Messsignalcharakterisierung: Welche Parameterwerte ergeben sich in mittels DOE bestimmten Vorhersagemodellen für Material-Outputs für die die Haupteinflussparameter Atomizer-, Exhaust- und Schutzgasstrom für die in der Forschungsgruppe untersuchten Tintensysteme? In welchem Maß streuen Laser-Transmissionssignale an diskreten Punkten im Arbeitsraum der Prozessparameter für die betrachteten Tintensysteme?
Regelung: Welche Vorhersagegüte kann ein kontinuierliches Modell zur Ableitung des Material-Outputs anhand einer gemessenen Laser-Transmission im Vergleich zu den Modellen aus der
Messsignalcharakterisierung erreichen? Welche zusätzlichen aktuellen Prozessparameter müssen einem solchen Material-Output-Modell zur Verfügung gestellt werden? Welche Regelungscharakteristik kann mit dem Aufbau einer geschlossenen Regelschleife zum Halten von Betriebspunkten hinsichtlich des eingestellten Durchsatzes erreicht werden?
Um die erforschten Ansätze, Modelle und Regelungsmethoden zu evaluierten, werden über die Projektlaufzeit Referenzstrukturen gedruckt und dem Konsortium zur Verfügung gestellt. Diese
Strukturen können, ausgehend von einfachen Dielektrika bis hin zu komplexen 3D-HF-MID-Systemen, im Konsortium analysiert werden, um einen deskriptiven Parameterrahmen für den geregelten AJP von HF-Systemen mit den untersuchten Tinten für leitfähige Strukturen und für Dielektrika zu entwickeln. Dabei können Parameter beispielsweise für mögliche Extrema im Prozessraum, für die eine Regelung möglich ist, Minima für Abweichungen von eingestellten Druckwerten oder Reglerdynamiken angegeben und zur Verfügung gestellt werden.

Abbildung: Das Teilprojekt 4 trägt durch die Erforschung von Ansätzen zur Verbesserung des Aerosol-Jet-Drucks zur Forschungsgruppe bei und ist intensiv mit anderen Teilprojekten vernetzt